Die Winkelbewegung strömungsgesteuerter Objekte wird sowohl von der Strömung als auch von benutzerdefinierten Antriebs- und Widerstandsmomenten beeinflusst.
Die Ursprünge solcher Drehmomente müssen nicht in die Analyse aufgenommen werden, da sie sich auf das Objekt in vom Benutzer vorgegebener Weise auswirken, um die Drehung des Objekts zu beschleunigen oder zu verlangsamen.
An mehreren Stellen in diesem Hilfethema wird auf die Drehrichtung des Objekts Bezug genommen. Dies ist die im Taskdialogfeld "Bewegung" angegebene Drehrichtung der Drehachse. Da die wirkliche Drehrichtung einer strömungserzeugten Bewegung vor der Analyse nicht immer bekannt ist, ist diese Richtung eigentlich die positive Referenzrichtung.
Strömungsgesteuerte Objekte können sich anfangs mit einer bekannten Geschwindigkeit drehen, und ihre Drehung beschleunigt oder verlangsamt sich basierend auf der Interaktion mit dem umgebenden Fluid (und den angewandten Kräften).
So öffnen Sie den Bewegungseditor
- Legen Sie im Schnellbearbeitungs-Dialogfeld "Bewegung" den Typ auf Winkel fest, und aktivieren Sie Strömungserzeugt.
- Klicken Sie in der Zeile Bewegung bearbeiten auf Bearbeiten.
So definieren Sie eine strömungsgesteuerte Winkelbewegung
- Für die Festlegung sind drei Eigenschaften verfügbar: Anfängliche Winkelgeschwindigkeit, Antriebsmoment und Widerstandsmoment. Jedoch sind nicht für alle drei Eigenschaften Eingaben erforderlich.
- Wählen Sie für jede Eigenschaft, die Option Variationsmethode, und geben Sie die entsprechenden Werte ein. Die Variationsmethoden werden nachfolgend für jede Eigenschaft beschrieben.
- Klicken Sie auf die Schaltfläche Anwenden.
- Klicken Sie auf OK, wenn Sie alle Informationen eingegeben haben, um das Dialogfeld zu schließen.
Variationsmethoden
Anfängliche Winkelgeschwindigkeit
Wenn sich das Objekt zu Beginn der Berechnung bereits dreht (und nicht aus dem Stillstand heraus in Bewegung gesetzt wird), kann die anfängliche Geschwindigkeit angegeben werden.
Das Objekt dreht sich dann zu Beginn der Berechnung mit dieser Geschwindigkeit und reagiert nachfolgend entsprechend auf die Strömungskräfte.
Antriebsmoment
Ein Antriebsmoment ist positiv, wenn es in die Referenzrichtung der Bewegung wirkt (wie sie im Taskdialogfeld "Bewegung" festgelegt wurde). Ein negatives Antriebsmoment wirkt in die entgegengesetzte Richtung.
Beispiele für Antriebsmomente sind elektromagnetische und andere Körperdrehmomente sowie Drehmomente, die durch von der Analysegeometrie nicht berücksichtigte Objekte ausgeübt werden. Das Antriebsmoment wirkt in dieselbe Richtung wie die Bewegungsrichtung (wie sie im Taskdialogfeld "Bewegung" festgelegt wurde).
Ein Antriebsmoment kann dazu verwendet werden, die auf ein Objekt wirkende Schwerkraft darzustellen, sofern diese in Richtung der Bewegung wirkt. Geben Sie ein Antriebsmoment ein, welches das Produkt aus dem Gewicht des Objekts und der Länge des Hebelarms ist, der den Schwerpunkt mit dem Mittelpunkt der Drehung verbindet.
Es folgen die Beschreibungen der Variationsmethoden für das Antriebsmoment:
Konstant
Geben Sie einen konstanten Wert für das Drehmoment ein, um während der gesamten Analyse ein unveränderliches Drehmoment auf das Objekt anzuwenden.
Tabelle
Soll das Antriebsmoment im Zeitverlauf variieren, geben Sie die entsprechenden Datenpaare bestehend aus Antriebsmoment und Zeitangabe in Form einer Tabelle ein.
Wie bei allen Tabelleneinträgen können die Werte aus einer Excel-Datei (".csv") abgerufen oder in diesem Format gespeichert werden.
Widerstandsmoment
Die Anwendung eines Widerstandsmoments beeinflusst die Drehung des Objekts, indem sie entgegen der angegebenen Drehrichtung wirkt und die Drehung bremst. Ein positiver Wert für ein Widerstandsmoment wirkt in die der Drehrichtung entgegengesetzte Richtung, während ein negativer Wert in Drehrichtung wirkt.
Für ein Widerstandsmoment gibt es zusätzlich zur Festlegung als Konstante oder in tabellarischer Form auch die Möglichkeit, es als Torsionsfeder anzugeben. Hierbei handelt es sich um eine virtuelle Feder, die nicht im Geometriemodell enthalten ist.
Ein Widerstandsmoment kann dazu verwendet werden, die auf ein Objekt wirkende Schwerkraft darzustellen, sofern diese in die der Bewegungsrichtung entgegengesetzte Richtung wirkt. Geben Sie ein Widerstandsmoment ein, welches das Produkt aus dem Gewicht des Objekts und der Länge des Hebelarms ist, der den Schwerpunkt mit dem Mittelpunkt der Drehung verbindet.
Es folgen die Beschreibungen der Variationsmethoden für das Widerstandsmoment:
Konstant
Geben Sie einen konstanten Wert für das Drehmoment ein, um während der gesamten Analyse ein unveränderliches Widerstandsmoment auf das Objekt anzuwenden.
Tabelle
Soll das Widerstandsmoment im Zeitverlauf variieren, geben Sie die entsprechenden Datenpaare bestehend aus Widerstandsmoment und Zeitangabe in Form einer Tabelle ein.
Wie bei allen Tabelleneingaben können Sie die Werte aus einer Excel-Datei im CSV-Format abrufen oder in einer solchen Datei speichern.
Feder
Für die Angabe einer Torsionsfeder sind vier Parameter erforderlich:
- Vorspannwinkel: die Drehung, bevor die Feder berührt wird
- Kompressionswinkel: die Drehung, bevor die Feder (relativ zum Startpunkt) vollständig zusammengedrückt ist. Dies ist der Grenzwert der Bewegung und wird als Festanschlag betrachtet.
- Vorspanndrehmoment: das Drehmoment, das die Feder in vorgespannter Position (Vorspannwinkel) ausübt. (Dies ist die Federvorspannkraft. Wenn keine Vorspannkraft vorhanden ist, geben Sie 0 ein.)
- Kompressionsdrehmoment: das Drehmoment, das die Feder in zusammengedrückter Position (Kompressionswinkel) ausübt.
Bekanntlich gilt die durch die Drehachse definierte Winkelrichtung als die positive Referenzrichtung. Je nach Strömung kann sich die tatsächliche Drehrichtung ändern. Beachten Sie jedoch, dass die Vorzeichen der angewendeten Drehmoments - und Verschiebungswerte durch diese Drehrichtung bestimmt werden.
Da Torsionsfedern als Widerstandskraft betrachtet werden, wirkt eine Federkraft mit einem positiven Wert in die der Referenzdrehrichtung des Objekts entgegengesetzte Richtung (die Vorwärtsbewegung des Objekts wird behindert, daher die Kennzeichnung als Widerstandskraft). Analog dazu wirkt ein negatives Drehmoment der Feder in der Referenzdrehrichtung des Objekts. (Die Feder unterstützt die Vorwärtsbewegung des Objekts und wirkt daher nicht als Widerstand, sondern als Antrieb. Folglich hat ihr Wert ein negatives Vorzeichen.)
Ein positiver Winkel der Feder wirkt in Referenzrichtung , ein negativer Winkel entgegen der Referenzrichtung.
Die folgenden Diagramme illustrieren mehrere Szenarios mit Torsionsfedern.
Beachten Sie, dass alle angegebenen Verschiebungen relativ zur Anfangsposition wirken, die mit dem Schieberegler "Ausgangsposition" im Taskdialogfeld "Bewegung" eingestellt wurde.
Wenn das Objekt bei Zeit = 0 die Feder nicht berührt, kann die Konfiguration wie folgt dargestellt werden:
Wenn die Feder das Objekt zum Zeitpunkt 0 berührt, ist der Vorspannwinkel gleich 0:
Wenn zum Zeitpunkt 0 die Feder vollständig vom Objekt zusammengedrückt wird, ist der Kompressionswinkel gleich null, und der Vorspannwinkel ist gleich dem Winkel, bei dem die Feder nicht mehr zusammengedrückt wird:
Wenn die Strömung so verläuft, dass sich das Objekt entgegen dem Referenzwinkel dreht, um die Feder zu berühren, sollten für den Vorspann- und den Kompressionswinkel negative Werte angewendet werden:
Beachten Sie, dass für jedes bewegliche Bauteil nur eine Torsionsfeder zulässig ist. Aus diesem Grund ist es nicht möglich, auf ein und dasselbe Bauteil mehrere Torsionsfedern anzuwenden, die in verschiedene Richtungen wirken.
Die Beziehung zwischen den erforderlichen Parametern und der Federkonstante wird durch folgende Gleichung beschrieben:
